BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐÀO MINH SANG

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ ĐẤT YẾU NỀN ĐƯỜNG VÙNG MỸ
XUYÊN, SÓC TRĂNG ỨNG DỤNG CHO CÔNG TRÌNH
ĐƯỜNG VÀO CẦU ÔNG ĐIỆP

CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
MÃ SỐ: 60 58 02 04

NGƯỜI HƯỚNG DẪN:

PGS.TS BÙI VĂN TRƯỜNG

HÀ NỘI, NĂM 2017



LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả
nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một
nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được
thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định
Tác giả luận văn

Đào Minh Sang

1.2.3 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng giếng cát ....................................................10
1.2.4 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm ....................................................11
1.2.5 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc đất xi măng .........................................12
1.3 Kết luận chương 1 ...................................................................................................14
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ ĐẤT YẾU NỀN ĐƯỜNG VÙNG MỸ
XUYÊN, SÓC TRĂNG.................................................................................................15
2.1. Cơ sở lý thuyết, phương pháp tính toán, thiết kế xử lý đất yếu .............................15
2.1.1. Phương pháp bấc thấm kết hợp với hút chân không và gia tải trước ..................15
2.1.2. phương pháp cọc cát ............................................................................................16
2.1.3. Phương pháp cọc ĐXM .......................................................................................28
2.2 Đặc điểm nền đất yếu vùng Mỹ Xuyên ...................................................................31
2.2.1 Cấu trúc nền đất yếu ............................................................................................31
2.2.2 Tính chất xây dựng của các lớp đất nền ...............................................................33
2.2.3 Phân tích, đánh giá nền đất yếu ............................................................................36
2.3 Định hướng phát triển hệ thống đường giao thông trong vùng ...............................38
2.4. Giải pháp xử lý nền, móng khi xây dựng đường trên đất yếu vùng Mỹ Xuyên.....40
2.4.1 Khái quát chung về các phương pháp xử lý nền đất yếu ......................................40
2.4.2 Giải pháp xử lý nền, móng khi xây dựng đường trên nền đất yếu vùng Mỹ Xuyên
.......................................................................................................................................42

iii


2.5 Kết luận chương 2 ................................................................................................... 47
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CHO CÔNG TRÌNH
ĐƯỜNG VÀO CẦU ÔNG ĐIỆP, HUYỆN MỸ XUYÊN ........................................... 48
3.1 Khái quát chung về công trình ................................................................................ 48
3.1.1 Tổng quan về công trình....................................................................................... 48
3.1.2 Vị trí công trình .................................................................................................... 52
3.1.3 Điều kiện tự nhiên ................................................................................................ 53

: Chiều rộng, chiều dài và chiều cao của nhóm cọc xi măng đất.

Ccol

: Lực dính của cọc xi măng đất.

Cci

: Chỉ số nén lún.

Cu.soil

: Độ bền chống cắt không thoát nước.

CDM

: Cọc xi măng đất.

cu

: Lực dính của cọc xi măng – đất và đất nền khi đã gia cố.

Cri

: Chỉ số nén lún hồi phục ứng với quá trình dỡ tải.

Csoil

: Lực dính của vùng đất yếu cần được gia cố xung quanh cọc xi măng đất.


: Mô đun biến dạng.

e oi

: Hệ số rỗng của lớp đất .

v


Fs

: Là hệ số an toàn.

H

: Chiều cao nền đắp.

Lcol

: Chiều dài cọc.

LVThS

: Luận văn Thạc sĩ

[M]

: Moment giới hạn của cọc xi măng đất.

N/XM

: Bề dày lớp đất tính lún thứ i.

σ’ vo

: Ứng suất do trọng lượng bản thân.

Δ σ’v

: Gia tăng ứng suất thẳng đứng.

σ’ p

: Ứng suất tiền cố kết.

Qp

: khả năng chịu tải mỗi cột trong nhóm cọc.

ffs

: Hệ số riêng phần đối với trọng lượng đất.

fq

: Hệ số riêng phần đối với tải trọng ngoài.

q

: Ngoại tải tác dụng.



φi

: Góc ma sát trong của lớp đất.

Ltb

: Độ sâu hạ cọc trong đất kể từ đáy đài.

Q

: Khối lượng đất ở trạng thái tự nhiên.

t

: Tỉ lệ xi măng dự kiến.

vii


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2.1. Biểu đồ đường cong nén lún e = f(P) ............................................................ 17
Hình 2.2: Bố trí cọc cát và phạm vi nén chặt đất nền ................................................... 19
Hình 2.3: Sơ đồ bố trí cọc cát ........................................................................................ 20
Hình 2.4: Biểu đồ xác định khoảng cách giữa cọc cát .................................................. 21
Hình 2.5: Lưới tam giác đều ......................................................................................... 26
Hình 2.6: Mặt cắt địa chất vùng Mỹ Xuyên, Sóc Trăng ............................................... 32
Hinh 3.1. Cầu Ông Điệp tại tại Km 5+118 ĐT934 ....................................................... 50
Hinh 3.2. Chi tiết cầu Ông Điệp tại tại Km 5+118 ĐT934 ........................................... 51
Hinh 3.3. Kết cấu nhịp dầm thép cầu Ông Điệp tại tại Km 5+118 ĐT934 ................... 51

ix


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Hệ số ղ .......................................................................................................... 22
Bảng 2.2: Hệ số A, B, D ............................................................................................... 23
Bảng 2.3 Các chỉ tiêu cơ lý đất vùng Mỹ Xuyên .......................................................... 33
Bảng 2.4. Kết quả nghiên cứu các đặc trưng kháng cắt của đất.................................... 34
Bảng 2.5. Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của đất yếu ở một số huyện tại tỉnh Sóc Trăng
....................................................................................................................................... 35
Bảng 2.6. Đặc tính cố kết của đất yếu Sóc Trăng ......................................................... 36
Bảng 2.7. Các giải pháp xử lý đất yếu nền đường giao thông ở Mỹ Xuyên, sóc Trăng
....................................................................................................................................... 45
Bảng 2.8 So sánh các phương pháp xử lý nền hiện nay................................................ 45
Bảng 3.1. Lượng mưa bình quân tháng (mm/tháng) ..................................................... 55
Bảng 3.2. Tốc độ gió và hướng gió tại Sóc Trăng ........................................................ 55
Bảng 3.3. Thống kê tải trọng tĩnh tải tác dụng lên nền đường ...................................... 65
Bảng 3.4. Thống kê các số liệu địa chất nền đường...................................................... 77
Bảng 3.5 Tính độ lún S 2 ................................................................................................ 78
Bảng 3.6: Các thông số tính toán của từng lớp ............................................................. 82
Bảng 3.7 Các thông số mô hình XMĐ .......................................................................... 90
Bảng 3.8 Các thông số mô hình Cọc cát ....................................................................... 91
Bảng 3.9 Độ chênh lệch lún sau khi mô phỏng bằng Plaxis ......................................... 98

x


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Cùng với tốc độ nhanh của công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, nhu cầu phát triển

Đề tài sẽ chủ yếu tập trung nghiên cứu những nội dung sau:
Tổng quan về đất yếu và các giải pháp xử lý nền đất yếu;
Đặc điểm nền đất yếu vùng Mỹ Xuyên, Sóc trăng;
Cơ sở lý thuyết, phương pháp tính toán thiết kế giải pháp xử lý đất yếu nền đường giao
thông;
Phân tích lựa chọn giải pháp phù hợp xử lý đất yếu nền đường vùng Mỹ Xuyên, Sóc
Trăng;
Ứng dụng thiết kế giải pháp xử lý đất yếu nền tuyến đường vào cầu Ông Điệp.
5. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
Để đạt được mục đích đề ra và để hoàn thành nội dung nghiên cứu của đề tài luận văn,
tác giả sử dụng cách tiếp cận theo hướng kế thừa, thu thập, tổng hợp và phân tích các
tài liệu có liên quan; nghiên cứu tổng quan lý thuyết và thực tiễn; điều tra, khảo sát các
công trình. Đồng thời luận văn sẽ sử dụng các tổ hợp các phương pháp nghiên cứu sau:
- Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu;
- Phương pháp phân tích hệ thống;
- Phương pháp phân tích, tính toán lý thuyết để lựa chọn và thiết kế giải pháp phù hợp
xử lý đất yếu nền đường;
- Phương pháp mô hình toán: Sử dụng phần mềm Plaxis, Geo-slope để tính toán so
sánh các phương án xử lý đất yếu và để kiểm toán ổn định nền đường .
6. Kết quả đạt được
- Tình hình nghiên cứu, ứng dụng; cơ sở lý thuyết, phương pháp tính toán, thiết kế giải
pháp xử lý đất yếu nền đường giao thông;

2


- Lựa chọn được giải pháp xử lý phù hợp với đặc điểm nền đất yếu, phù hợp với định
hướng phát triển đường giao thông, đảm bảo yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế ở Mỹ
Xuyên, Sóc Trăng;
- Ứng dụng thiết kế giải pháp xử lý yếu đất nền cho một công trình cụ thể;

kG/cm2, góc nội ma sát Φ< 10.
+ Than bùn và đất hữu cơ có nguồn gốc đầm lầy, nơi tích đọng thường xuyên, mực
nước ngầm cao. Tại đây, xác của các loài thực vật bị thối rữa và phân hủy, tạo ra các

4


vật lắng hữu cơ lẫn với các khoáng vật từ vật liệu. Loại này thường được gọi là đất
đầm lầy, than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm tới 20% - 80%, thường có màu xám đen
hay nâu xẫm, cấu trúc không mịn (vì lẫn các tàn dư thực vật). Trong điều kiện tự
nhiên, than bùn có độ ẩm rất cao trung bình W = 85%-95%. Than bùn là loại đất
thường xuyên nén lún lâu dài, không đều, hệ số nén lún có thể đạt 3-10cm2/daN, vì thế
thường phải thí nghiệm than bùn trong các thiết bị nén với các mẫu cao ít nhất 40 50cm. Đất yếu đầm lầy than bùn còn được phân theo hàm lượng hữu cơ của chúng:
Hàm lượng hữu cơ từ 20% - 30%: đất nhiễm than bùn .
Hàm lượng hữu cơ từ 30% - 60%: đất than bùn.
Hàm lượng hữu cơ trên 60%: than bùn.
+ Bùn là các lớp đất mới được hình thành trong môi trường nước ngọt hoặc nước biển,
gồm các hạt rất mịn (
số phương pháp khác trong điều kiện tự nhiên cho phép. Sử dụng khí nóng trên 800 C
để làm biến đổi đặc tính lý hóa của nền đất yếu. Phương pháp này chủ yếu sử dụng cho
điều kiện đất nền là đất sét hoặc cát mịn. Phương pháp này đòi hỏi lượng năng lượng
không nhỏ nhưng cho kết quả nhanh và tương đối khả quan.
6


+ Phương pháp hóa học: là một trong những phương pháp rất được chú ý trong thời
gian gần đây. Sử dụng hóa chất để tăng cường liên kết trong đất như xi măng, thủy
tinh, phương pháp silicat hóa. Hoặc một số hóa chất đặc biệt phục vụ mục đích điện
hóa. Phương pháp xi măng hóa và sử dụng cọc xi măng đất là những phương pháp
được sử dụng tương đối phổ biến
+ Phương pháp sinh học: đây là một phương pháp mới, người ta sử dụng các vi sinh
vật để làm đầy các lỗ rỗng của đất nền từ đó làm giảm hệ số rỗng hoặc gắn kết các hạt
đất lại với nhau để làm tăng lực dính đơn vị của đất. Tuy nhiên, phương pháp này ít
được sự quan tâm do yêu cầu thời gian thi công tương đối dài mặc dù được khá nhiều
ủng hộ về mặt kinh tế.
+ Thay thế lớp đất ngay dưới đế móng bằng loại đất khác tốt hơn: đây là một phương
pháp ít được sử dụng. Để khắc phục vướng mắc do gặp lớp đất yếu phân bố ngay dưới
đáy móng, người ta thay một phần hoặc toàn bộ nền đất yếu bằng lớp đất mới có tính
bền cơ học cao, như làm gối cát, đệm cát. Phương pháp này đòi hỏi kinh phí đầu tư lớn
và thời gian thi công lâu dài.
+ Điều chỉnh tiến độ thi công: tăng tải dần hoặc xây dựng từng bộ phận công trình theo
từng giai đoạn nhằm cải thiện khả năng chịu lực của nền đất, cân bằng độ lún giữa các
bộ phận của kết cấu công trình.
+Việc lựa chọn phương pháp xử lý nền hợp lý phụ thuộc vào tính chất của đất nền,
loại và tải trọng công trình, loại móng, thiết bị và điều kiện thi công, yêu cầu tiến độ.
Các phương pháp trên có thể sử dụng riêng biệt hoặc kết hợp với nhau để đạt hiệu quả
cao nhất.
1.2 Tổng quan về phương pháp xử lý đất yếu nền đường

Cọc cát chiếm một phần thể tích lỗ rỗng trong nền, giúp giảm lỗ rỗng làm cho đất chặt
hơn, tăng khả năng chịu lực và giảm độ lún cho công trình.

8


Cọc cát có khả năng làm chặt đất đến độ sâu khá lớn, nên có thể sử dụng cho các công
trình có tải trọng khá lớn tác dụng lên nền.
Đường kính cọc thường từ 20÷60cm. Chiều sâu của cọc cát thường được tính theo yêu
cầu ổn định và độ lún. Khoảng cách giữa các cọc được tính dựa trên tính chất cơ lý của
nền đất, khoảng tĩnh không giữa các cọc không nên vượt quá 4 lần đường kính cọc.
+ Nền sau khi thi công xong cọc cát cần phải được kiểm tra cẩn thận bằng cách: khoan
lấy mẫu đất giữa các cọc để xác định sự biến đổi của các chỉ tiêu cơ lý của chúng (độ
ẩm, hệ số rỗng, khối lượng thể tích, các chỉ tiêu về sức kháng cắt...) sau khi đất đã
được gia cố. Kiểm tra độ chặt của cọc cát và đất giữa các cọc bằng thí nghiệm xuyên
tĩnh để đánh giá mức độ hiệu quả và khả năng tăng sức chịu tải của nền đất sau khi gia
cố bằng cọc cát.
Ưu điểm:
- Phương pháp nén chặt đất bằng cọc cát sẽ làm tăng sức chịu tải của đất nền đối với
đất rời.
- Cọc cát làm cho độ lỗ rỗng, độ ẩm của nền đất giảm và góc ma sát trong tăng lên. Vì
nền đất được nén lại nên sức chịu tải của đất nền tăng lên, độ lún và biến dạng không
đều của đất dưới đáy móng công trình giảm đi đáng kể.
- Khi dùng cọc cát trị số mô đun biến dạng ở trong cọc cát cũng như vùng đất được
nén lại xung quanh cọc sẽ giống nhau vì vậy sự phân bố ứng suất trong nền đất được
nén chặt bằng cọc cát có thể xem như nền thiên nhiên.
- Khi dùng cọc cát quá trình cố kết của đất nền xảy ra nhanh hơn nhiều so với nền
thiên nhiên hay nền gia cố cọc cứng
Nhược điểm:
Dễ sản sinh co ngót trong quá trình thi công và khai thác

bảo. Tại các vùng có mực nước ngầm cao thì sau một thời gian thi công cát trong
giếng sẽ theo nước lẫn vào trong đất vì vậy tốc độ cố kết của đất sẽ có sự sai lệch đáng
kể so với tính toán. Việc thi công giếng cát có nhược điểm là tốn công, máy móc nặng,

10


tốc độ thi công chậm, khi nền bị cố kết và biến dạng có thể cắt đứt đường thấm và giá
thành công trình cao
1.2.4 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm
- Xử lý nền bằng bấc thấm là phương pháp kỹ thuật thoát nước thẳng đứng bằng Bấc
thấm gồm hai phần: phần lõi chất dẻo (hay bìa cứng) được bao ngoài bằng vật liệu
tổng hợp (thường là vải địa kỹ thuật polypropylene hay polyester không dệt...).
- Bấc thấm có những đặc trưng như sau:
+ Cho nước trong lỗ rỗng của đất thấm qua lớp vải địa kỹ thuật bao ngoài vào lõi chất
dẻo.
+ Lõi chất dẻo chính là đường tập trung nước và dẫn chúng ra ngoài khối nền đất yếu
bão hòa nước.
- Lớp vải địa kỹ thuật bọc ngoài là polypropylene và polyester không dệt hay vật liệu
giấy tổng hợp. Chúng có chức năng ngăn cách giữa lõi chất dẻo và đất xung quanh,
đồng thời là bộ phân lọc, hạn chế cát hạt mịn chui vào lõi làm tắc thiết bị. Lõi chất dẻo
có hai chức năng quan trọng: vừa đỡ lớp bao bọc ngoài, vừa tạo đường cho nước thấm
dọc chúng ngay cả khi áp lực xung quanh lớn. Đây chính là ưu thế của bấc thấm so với
giếng cát và cọc cát.
- Ưu điểm
+ Bấc thấm được sản xuất công nghiệp nên dễ dàng kiểm tra được chất lượng, chuẩn
hóa quá tình thi công, giảm thiểu ảnh hưởng đến môi trường
+ Giảm thiểu sự xáo trộn các lớp đất.
+ Khả năng tương thích cao của lõi cũng như vỏ của bấc thấm với nhiều loại đất.
+ Dễ dàng thi công, hiệu suất có thể đạt 8000m/ngày. Rút ngắn được thời gian thi

măng, hạn chế xi măng thoát ra khỏi mặt đất gây ô nhiễm môi trường thông thường
khi rút mũi khoan lên cách độ cao mặt đất từ 0.5 ~ 1.5m người ta dừng phun chất kết
dính, nhưng đoạn cọc 0,5 ~ 1,5m này vẫn được phun đầy đủ chất kết dính là nhờ là
nhờ chất kết dính có trong đường ống tiếp tục được phun (hoặc bơm) vào hố khoan.

12


Khi mũi khoan được rút lên khỏi hố khoan, trong hố khoan còn lại đất đã được trộn
đều với chất kết dính dần dần đông cứng tạo thành cọc đất gia cố xi măng.
- Ưu điểm
+ Thi công nhanh, kỹ thuật thi công không phức tạp, không có yếu tố rủi ro cao. Tiết
kiệm thời gian thi công do không phải chờ đúc cọc và đạt đủ cường độ.
+ Hiệu quả kinh tế cao, giá thành hạ hơn nhiều so với phương án cọc đóng.
+ Rất thích họp cho công tác xử lý nền, xử lý móng cho các công trình ở các khu nền
đất yếu như bãi bồi ven sông, ven biển.
+ Thi công được trong điều kiện mặt bằng chật hẹp, mặt bằng ngập nước.
+ Khả năng xử lý sâu (có thể đến 50m).
+ Địa chất nền là cát rất phù họp với công nghệ gia cố xi măng, độ tin cậy cao.
+ Biến dạng nền đất gia cố rất nhỏ vì vậy giảm thiểu ảnh hưởng của lún đối với các
công trình lân cận, tăng sức kháng cắt ổn định nền móng công trình.
+ Dễ dàng điều chỉnh cường độ bằng cách điều chỉnh hàm lượng xi măng khi thi công.
+ Dễ quản lý chất lượng thi công.
+ Hạn chế ô nhiểm môi trường.
- Nhược điểm
+ Phụ thuộc nhiều vào công nghệ thi công nên yêu cầu có hệ thống quy chuẩn, quy
định các quy trình thi công nghiêm ngặt và quy trình kiểm tra nghiệm thu hoàn thiện.
Yêu cầu công nghệ máy móc thiết bị hiện đại
+ Không phù hợp với điều kiện thủy văn phức tạp
+ Khả năng chịu cắt kém